アモルファスSiを利用した光導波路一体型カンチレバーの製作

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10135203
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 羽根 一博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50164893)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大橋 俊朗 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30270812) ; 佐々木 実 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70282100)
• Keywords: アモルファスSi / 光導波路 / カンチレバー / プローブ

Research Abstract

非伝播性のエバネッセント波から伝播性の光に変換するために、近接場顕微鏡においては尖ったファイバープローブや微細加工プローブが用いられる。よく用いられるファイバープローブに比較して、微細加工プローブの特徴はプローブに多機能を付加できるSiデバイスとの集積化が可能であることである。SiO_xN_y,Si_3N_4やSiO_2などの材料が従来、導波路材料として用いられている。一方、アモルファスシリコン(α-Si)は結晶Siデバイスとの製造互換性をもった興味ある材料であるが、導波路の材料としてはあまり用いられてこなかった。α-Siは0.82μm以上の波長の光に対して吸収が激減し、ほとんど透明になる。一方、結晶Siは1.1μm以上の赤外光において透明である。0.82μm-1.1μmの波長領域に対してα-Siは透明媒質として働き、結晶Siは吸収材料として働く。また、この領域には高出力GaAlAs半導体レーザの波長が含まれている。α-Siが高い屈折率(3.6)を持つことから微小領域に光を閉じこめることが期待でき、クラッドの材料として多くの選択が可能となる。これらのことより、本研究ではα-Siを用いて導波路型カンチレバーを製作した。
半導体レーザを全反射角でプリズムに入射し発生させたエバネッセント波により、プリズム表面に近付けたα-Siカンチレバーを照射し、その様子を光学顕微鏡により観察した。反りのためカンチレバー中を伝播する光がカンチレバーの中央から漏れ出ているのが見られた。広いカンチレバーの方が先端が三角型のカンチレバーよりも明るい光出力が得られた。α-Siカンチレバーからの光の放射を観測することで基本的な導波特性を確認した。次にSiフォトダイオードや半導体レーザなどとの集積化を試みる。

Research Products

• [Publications] K.Goto,K.Hane: "Application of a semiconductor tip to capacitance microscopy" Applied Physics Letters. 73・4. 544-546 (1998)
• [Publications] K.Goto,K.Hane: "Tip-sample capacitance in capacitance microscopy of dielectric films" Journal of Applied Physics. 84・8. 4043-4048 (1998)
• [Publications] M.Sasaki,K.Tanaka,K.Hane: "Waveguiding cantilever of amorphous silicon" 5th Int.Conf.Near Field Optics and Related techniques. 177-178 (1998)
• [Publications] 羽根 一博(部分執筆): "計測工学ハンドブック(5.7節 走査型計測システム)(印刷中)" 朝倉書店,